gis, Teledetekcja i GIS


Spis

  1. Wykłady

a) kolokwium I str. 2-10

b) kolokwium II str. 11- 22

  1. Ćwiczenia

a) kolokwium I str. 23- ...

WYKŁADY

KOLOKWIUM I

WYKŁAD I (17.02.2010)

Teledetekcja- pochodzi od greckiego słowa tele- daleko, i łacińskiego detektio- wykrywanie; obejmuje zespół technik i metod umożliwiających rozpoznanie i badanie obiektów oraz zjawisk z odległości, tj bez kontaktu z tym obiektem i zjawiskiem. Daje również możliwość badania zależności między obiektami i zjawiskami oraz badania zmian właściwości obiektów i zjawisk.

Niektóre techniki były wykorzystywane w XIX w., ale za późniejsze przyjmuje się lata 60.

Fotogrametria- technika pomiarowa służąca do pozyskiwania informacji o kształcie, wielkości i położeniu w przestrzeni obiektów terenowych na podstawie pomiarów wykonanych na obrazach analogowych lub cyfrowych.

Metodami teledetekcyjnymi można badać obiekty materialne na, pod i ponad powierzchnią Ziemi: gleby, roślinność, budowle, wody, obiekty archeologiczne czy rurociągi drenarskie ukryte pod ziemią, chmury, dymy unoszące się pod atmosferą. Można także badać zjawiska takie jak: wilgotność, temperatura, zjawiska społeczno- gospodarcze.

Sensorami nazywamy urządzenia służące do wykrywania i pomiarów energii elektromagnetycznej lub innej oraz rejestracji jej w różnych postaciach zapisu. Sensory są przenoszone najczęściej przez satelity lub samoloty.

Ze względu na źródło pochodzenia rejestracyjnego promieniowania, sensory dzielimy na:

W teledetekcji środowiska informacje można pozyskiwać w różnych zakresach pola energetycznego oraz w takich polach jak pole akustyczne, magnetyczne, grawitacyjne i chemiczne, można też wykorzystać promieniotwórczość.

Informacja może być przekazywana w różnych ośrodkach, nie tylko w powietrzu. Koncentruje się na określeniu cech jakościowych badanych obiektów, ale też co to jest i jakie ma właściwości

WYKŁAD II (24.02.2010)

Przykłady zastosowania teledetekcji:

Gospodarka rolna:

Monitoring atmosfery:

- erupcjami wulkanicznymi,

- potężnymi burzami piaskowymi

- dymami powstającymi w wyniku wielkich pożarów lasów

- zobrazowanie wykonane zimą (dymy nie są w nich zbyt dobrze widoczne, ale na śniegu zaznacza się wyraźnie opad pyłów)

- fotografowanie w nocy umożliwia zlokalizowanie tych obiektów, które wyłączają urządzenia filtrujące w tym czasie

Badania szaty roślinnej:

Interpretacja szaty roślinnej odbywa się na podstawie bezpośrednich cech rozpoznawczych:

W badaniach szaty roślinnej ważny jest czas wykonywania zobrazowania ze względu na zmiany sezonowe oraz dobowe.

Informacje o szacie roślinnej stanowią pośrednie cechy rozpoznawcze dla innych elementów krajobrazu. Wykorzystuje się:

Kondycja drzew, szczególnie ilość liści lub igieł, zawartości w nich barwników i wody oraz ich budowa decydują o wielkości odbicia promieniowania elektromagnetycznego. Zmniejszenie zawartości pigmentów w liściach powoduje zmianę odbicia promieniowania o określonej długości.

Szczególnie przydatne są obrazy satelitarne obszarów zdegradowanych, gdzie skała i tempo zmian wymuszają częste przeprowadzanie inwentaryzacji lasu.

Badania środowiska wodnego:

w oceanologi obrazy satelitarne pomagają w rozwiązywaniu wielu zadań związanych z badaniem mórz i oceanów, np. :

Obecnie rozdzielczość przestrzenna zobrazowań satelitarnych jest coraz lepsza dzięki czemu można je wykorzystać w badaniach wód śródlądowych.

Zobrazowanie satelitarne są wykorzystywane w monitorowaniu ekologicznym jezior i rzek do oceny stanu czystości.

Materiały teledetekcyjne można również wykorzystywać przy projektowaniu regulacji rzek i wałów przeciwpowodziowych.

W przypadku wystąpienia powodzi zdjęcia lotnicze lub satelitarne umożliwiają:

W badaniach hydrosfery teledetekcja umożliwia również:

Geologia:

Zdjęcia lotnicze i satelitarne są przydatne w badaniu struktury gleb mineralnych czy opracowaniu map geologicznych. Służą one między innymi do klasyfikacji gleb, gdyż bardzo często linie ograniczające różne rodzaje gleb są dobrze widoczne na zdjęciu. Ze względu na swój zasięg pozwalają dostarczać i interpretować zjawiska występujące na dużych obszarach.

Meteorologia:

atmosfera ziemska znajduje się pod ciągłym nadzorem satelitów meteorologicznych. Rejestrują one między innymi:

WYKŁAD III (03.03.2010)

Kamery fotograficzne

Techniczne środki obrazowania powierzchni Ziemi:

Kamery fotograficzne:

  1. kamery topograficzne (pomiarowe)

  2. kamery rozpoznawcze (rekonesansowe):

- kadrowe (tradycyjne)

- wieloobiektowe

- szczelinowe

- panoramiczne

- wielospektralne

- zespoły kamer

Kamery niefotograficzne:

  1. kamery cyfrowe

  2. skanery wielospektralne

  3. skanery termalne

  4. skanery telewizyjne

  5. radar bocznego wybierania SLAR

  6. radar z anteną satelitarną SAR

  7. interferometria radarowa InSAR

  8. lotniczy skaner laserowy (staning laserowy)

Współcześnie obraz może być utrwalony w postaci fotografii:

Kamery fotograficzne:

Kamery fotograficzne (kamery pomiarowe, metryczne, fotogrametryczne, szeregowe):

Cechy kadrowych kamer lotniczych:

Wybór obiektu (stożka kamery):

~ miasta z wysoką zabudową

~ teren wysokogórski

~ teren płaski i pofałdowany

WYKŁAD IV (10.03.2010)

Kamery rozpoznawcze (rekonesansowe, fotointerpretacyjne, nietopograficzne, specjalne):

Dążenie do otrzymania zdjęć o dużej terenowej rozdzielczości prowadziło do konstrukcji kamer o długich ogniskowych, kamery długoogniskowe dawały jednak mały zasięg terenowy zdjęcia. Aby go zwiększyć budowano kamery o dużym formacie kadru lub stosowano zespoły wieloobiektowe oraz zespoły wielokamerowe.

Kamera wieloobiektowa:

Kamery szczelinowe:

Kamery panoramiczne:

Film napięty jest na pobocznicy walca o osi zorientowanej wzdłuż kierunku lotu, obiektyw kamery obraca się wokół tej osi i przez ruchomą wąską szczelinę o ruchu zsynchronizowanym z obrotem obiektywu sukcesywnie projektuje i naświetla obraz terenu

Konstrukcje kamer panoramicznych:

Kamery wielospektralne:

Fotografia wielospektralna polega na synchronizowanym fotografowaniu tego samego obrazu w kilku zakresach widma słonecznego.

Typy kamer wielospektralnych:

Zespoły kamer pozwala uzyskać identyczne- pod względem geometrycznym- wyciągi spektralne. O zakresie spektralnym każdego z nich decyduje kombinacja odpowiedniego filtra zakładanego na obiektyw i charakterystyki filmu użytego w danej kamerze.

Techniki niefotograficzne

Techniki skanerowe- umożliwiają obrazowanie wielospektralne.

Detektorem promieniowania elektromagnetycznego nie jest- jak w przypadku fotografii wielospektrowej- światłoczuła emulsja lecz są to detektory elektroniczne, które zamieniają padającą energię na sygnały elektryczne rejestrowane w różnej formie.

Skaner jest radiometrem przeszukującym obrazowany obszar i odbierającym, a następnie rejestrującym energię od poszczególnych fragmentów terenu. Może to być energia własna obiektu lub odbita od niego.

cecha

Systemy fotograficzne

Systemy skanerowe

Zakres rejestrowanego promieniowania

300- 900nm

300-1400nm

Rozdzielczość spektralna

> 40nm

kilka nanometrów

System optyczny

Oddzielny dla każdego zakresu promieniowania

Jeden system dla wszystkich zakresów

Kalibracje radiometryczne

trudna

łatwa

Transmisja danych na Ziemię

Dostarczenie nośnika danych

Przekaz telemetryczny

Dwa techniczne rozwiązania skanerów:

Skanery optyczno- mechaniczne- charakteryzują się bardzo wąskim polem widzenia układu optycznego, który rejestruje energię z małego fragmentu terenu.

WYKŁAD V (17.03.2010)

Skaner elektrooptyczny

Nie ma ruchomych elementów układu optycznego.

W płaszczyźnie tłowej układy znajduje się linijka czułych elementów- detektorów, zorientowanych prostopadle do kierunku lotu.

Linijka ta zawiera kilka tysięcy (lub więcej) czułych elementów, które „widzą” i rejestrują obraz wąskiego poprzecznego pasa terenu.

Obrazowanie w kierunku podłużnym odbywa się przez ruch do przodu i sukcesywne odczytywanie sygnałów z linijki detektorów.

Zalety:

Wady:

Skaner wielospektralny- może obrazować w zakresie od ultrafioletowego przez zakres widzialny, bliską podczerwień, aż do podczerwieni termalnej tj w zakresie od 0,3 do ok. 14μm

Obrazowanie realizowane jest w wielu wąskich zakresach, widma, zwykle węższych niż w przypadku kamer wielospektralnych, a zakres spektralny, w którym może opracować skaner wykracza poza zakres dostępny dla filmów lotniczych.

Skanery termalne wykorzystują środkową i termalną część podczerwieni (3-5μm i 8-12μm)

Odebrana i zarejestrowana energia jest miarą temperatury obiektów. Czułość systemów termalnych na zmiany temperatury jest rzędu 0,1-0,20C.

Jeżeli system jest skalibrowany to można odczytać temperaturę obiektów.

Obrazowanie w zakresie podczerwieni termalnej znalazła zastosowanie między innymi do:

Kamery cyfrowe- rejestracja obrazu odbywa się nie na kliszy, ale na matrycy światłoczułej detektorów- matrycy CCD.

Światło pada na filtr barwny i odpowiednio przez niego skorygowane, docierają do czujników elektronicznych matrycy.

Matryca wysyła impuls elektryczny o odpowiednim natężeniu do przetwornika analogiczno- cyfrowego, który przetwarza analogowe sygnały na na dane cyfrowe. Następnie na miejsce ewentualne kompresja i zapis danych na nośniku.

Na matrycy barwnej znajduje się filtr przy pomocy, którego uzyskuje się odpowiednie kolory na zdjęciach. Najbardziej popularny jest filtr mozaikowy wykorzystujący tzw wzór Baeyer, w którym co drugi element tego filtru jest zielony (50%), niebieski (25%), czerwony (25%). Wynika to z faktu, że ludzkie oko jest najbardziej czułe na światło z zakresu zieleni. Poszczególne elementy filtru ułożone są w taki sposób, aby każdy z nich znajdował się dokładnie nad odpowiednim czujnikiem.

Innym typem matrycy w kamerach cyfrowych są matryce typu CMOS. W tym rozwiązaniu każdy element matrycy zapisuje obraz oddzielnie. Zwiększa to wszechstronność matrycy ponieważ może ona zostać wykorzystana nie tylko do rejestracji obrazu lecz także do określenia parametrów naświetlenia, a także automatycznego ustawienia ostrości.

Zalety obrazowania kamerami cyfrowymi:

Obrazowanie w zakresie mikrofalowym

W zakresie mikrofalowym wykorzystuje się:

Radar bocznego wybierania- SLAR.

Typu SLAR:

Systemy radarowe są szeroko wykorzystywane do obrazowania powierzchni Ziemi z pułapu lotniczego i satelitarnego.

Są to systemy aktywne, same wysyłają wiązkę promieniowania mikrofalowego, które „oświetla” teren, obraz tworzą obiekty od obiektów terenowych „echa” typu impulsów.

Technika jest niezależna od warunków pogodowo- oświetleniowych, a promieniowanie mikrofalowe bez przeszkód przenika przez chmury, mgłę i inne przeszkody.

Radar bocznego wybierania SLAR

Zarejestrowane różnice czasu powrotu odbitego sygnału odpowiadająca różnej odległości nachylonej od obiektów terenowych tworzy linię obrazów.

Postępem w obrazowaniu mikrofalowym jest radar z anteną syntetyzowaną SAR. W tym systemie wysyłana wiązka jest spójna, a w odbieranym echu rejestruje się zarówno amplitudy jaki i fazę sygnału odbitego.

Ponieważ wysyłana wiązka nie jest tak bardzo skupiona jak w systemie SLAR, więc każdy punkt terenu będzie „oświetlony” przez kilka kolejno wysyłanych impulsów.

Odbicia od obiektu tworzy tzw hologramy mikrofalowe albo obraz pierwotny.

Skomplikowana obróbka tego obrazu daje po wizualizacji wynikowy obraz radarowy (obraz wtórny) o zdolności rozdzielczej rzędu kilku metrów co przy systemie SLAR wymagałaby użycia anteny o długości kilkaset metrów- kilku kilometrów.

Systemy SAR są instalowane zarówno na samolotach jak i satelitach. Typowa zdolność rozdzielcza systemów satelitarnych zawiera się w przedziale 5-100m, chociaż i rozdzielczości submetrowe są możliwe.

Steroskopia obrazów radarowych

Podobnie jak fotografii lotniczej przy obrazowaniu radarowym tego samego obrazu z dwóch stanowisk można uzyskać efekt steroskopowy, który można wykorzystać do określenia terenowej wysokości punktów.

WYKŁAD VI (24.03.2010)

Interferometria radarowa

W technice tej znajdują się dwie anteny odbiorcze przesunięte względem siebie.

Dzięki tej technice można tworzyć mapy wysokościowe jak i różnego rodzaju modele terenu np. modele pokrycia terenu

SKANING LASEROWY

Mierzy on odległość od danego środowiska do danych obiektów np. teren, obiekt znajdujący się na powierzchni terenu.

Jeśli pomiary te odpowiednio zagęścimy to możemy uzyskać kształt powierzchni terenu lub kształt powierzchni obiektu znajdującego się na terenie.

Można tu określić położenie terenu pod obszarami pokrytymi roślinnością .

Zaleta tej techniki jest to że jest to system aktywny może działać w różnych warunkach pogodowych (choć przy obfitym deszczu i zachmurzeniu się nie stosuje) i porach dnia.

Przykłady zastosowania:

Jest to dość dokładna technika

Wady techniki:

ROZDZIELCZOŚĆ OBRAZÓW TELEDETEKCYJNYCH

W teledetekcji wyróżniamy rozdzielczość :

  1. przestrzenną -rozdzielczość przestrzenna jest to parametr który określa liniowy wymiar fragmentu terenu reprezentowany przez 1 piksel obrazu. Podawana jest w jednostkach długości. Najlepsze obrazy maja rozdzielczość mniejszą niż 1m. Im jest mniejsza ilość widocznego obrazu tym rozdzielczość jest lepsza.

  2. czasową- rozdzielczość czasowa jest to parametr który określa jak często ten sam fragment terenu jest rejestrowany przez jakiś czynnik teledetekcyjny. Podawany w jednostce czasu. Jest ona różna może być podawana w godzinach ale również może być podawana w dniach. Obecnie można zwiększyć rozdzielczość czasową przez odchylenie osi optycznej od linii pionu

  3. radiometryczną -rozdzielczość radiometryczna jest to parametr który określa liczbę poziomów ( jasności) na które podzielony jest zakres segmentów odbieranych przez urządzenie rejestrujące. Podawany jest w bitach. Może ona wynieść 8 bitów co oznacza ze dany sygnał został podzielony na 2⁸(256) poziomów podzakresów . dzięki temu możemy rozróżniać obiekty o niewielkiej różnicy poziomów

  4. spektralną- rozdzielczość spektralna jest to parametr który określa liczbę zakresów promieniowania (kanałów) rejestrowanych przez dany czynnik . Ważny jest odpowiedni odbiór kanałów promieniowania.

KOLOKWIUM II

WYKŁAD VII (7.04.2010r)- przerwa świąteczna

WYKŁAD VIII (14.04.2010r)

T: Systemy obrazowania satelitarnego

Podział sztucznych satelitów ze względu na:

a) przeznaczenie

b) rodzaj orbity

Systemy teledetekcyjne:

LANDSAT:

Podstawowym urządzeniem do zbierania danych o powierzchni Ziemi zainstalowanym na pokładzie LANDSAT jest skaner wielospektralny MSS. Jego układ optyczny rozszczepia promieniowanie rejestrowane dla 6μm skanowania dodatkowo na 4 zakresy spektralne, odpowiadające promieniowaniom: zielonemu, czerwonemu i dwóm zakresom podczerwieni bliskiej.

Zdjęcia wykonywane w poszczególnych kanałach były przeznaczone do określonych celów:

Kolejnym urządzeniem do zbierania danych pracującym na pokładzie LANDSAT 4x5 jest skaner Thematic Mapper TM rejestrującym w 7 zakresach

Skaner TM- kanały:

System SPOT:

NOAA:

IRS:

Ikovos:

Quich Bird:

System aktywny:

OBRAZY CYFROWE

Przetwarzanie obrazów cyfrowych

Oryginalne obrazy teledetekcyjne posiadają więcej zniekształceń radiometrycznych i geometrycznych, których źródłem jest wiele czynników związanych z charakterem danego obiektu, jego naświetleniu, a także sposobem rejestracji.

Wszystkie te „błędy” powodują, że …. już „poprawione” zarówno wartości jasności zapisanych w pikselach, jak i ich położeniu o rozmiarze obrazu.

Korekcja obrazów cyfrowych:

1. korekty radiometrycznej

2. korekty geometrycznej

Korekcja radiometryczna:

1. …. środowiska:

2. właściwości systemów teledetekcyjnych (np. …. systemów …. i zmienną w czasie zakłócenia)

WYKŁAD IX (21.04.2010r)

Etapy korekcji radiometrycznej:

obraz cyfrowy (jakość pikseli)

↓

trakcja detektorów ← korekcja systematyczna błędów skanera

↓

korekcja opływu?? atmosfery ← uzupełnienie stanu atmosfery w dziale rejestracji

↓

korekcja słoneczna ← uzupełnienie stanu źródła promieniowania w chwili ...

↓

korekcje topograficzne ← spadek, ekspozycja, wysokość n.p.m.

↓

obraz cyfrowy (współczynnik odbicia)

Korekcja błędów powstających w systemach rejestracji:

Opuszczenie linii- funkcjonowanie …

Linia obrazu jest ….. ma wyraźnie inne wartości niż w pozostałych liniach. Korekcja polega na obliczeniu nowych wartości na … pikseli i rozszerzeniach linii. Do tego celu można wykorzystać odpowiednie linie.

Preż....- detektor dostarcza danych stale mniejszych lub większych niż odczyty innych detektorów. Można to uznać za pomoc w filtracji.

Szumy to najczęściej losowo rozrzucone w obrazie zakończenia jasności pikseli, wyrażają się wartościami wyraźnie odbijającymi od otoczenia. Mogą być usunięte za pomocą filtrów medianowych (3x3lub 5x5 pikseli).

Błędne wartości zastępowane są wartościami mediany, która jest obliczana na podstawie jasności pikseli zawartych w oknie filtra.

Korekcja geometryczna w zdjęciach cyfrowych wynikają z:

Zniekształcenie geometryczne jest wyrazem różnic pomiędzy …. i możliwymi do zarejestrowania przez idealny sensor teledetekcyjny w idealnych warunkach.

Ortorektyfikacja- to usuwanie zniekształceń związanych ze zróżnicowaniem wysokościowym terenu i nachyleniem obrazu.

Temat: poprawianie jakości obrazów wielospektralnych

Metody poprawiania jakości obrazów.

Oryginalne dane teledetekcyjne zapisane w postaci obrazów cyfrowych, zwykle wymagają wstępnego przetworzenia zanim zanim zostaną wykorzystane w pracach interpretacji.

Składa się na to wiele … wykonujących z właściwości obiektów oraz systemów rejestracyjnych.

Poprawa jakości obrazu … jest wzmocnieniem i ma na celu zwiększenie możliwości rozróżnienia obiektów i zjawisk w procesie interpretacyjnym.

Do najczęściej stosowanych tu metod …:

Zmiana kontrastu i jasności

obrazy cyfrowe zapisywane są najczęściej jako …. 8-bitowych lub binarnych. Oznacza to, że dla każdego elementarnego fragmentu obrazu piksela można wyróżnić 256 (0-255) poziomów jasności obrazu. W systemie teledetekcyjnym taka liczba poziomów wystarcza …

Obiekty o małej jasności jasności zapisywane za pomocą lub z dalszego zakresu skali, ….. (0- czarny, 255- biały) jest liczbą bezwymiarową.

Analiza kontrastu i jasności obrazów cyfrowych przeprowadza się na …..

Histogram przedstawia na poziomej osi odczytanych wartości jasności pikseli z zakresu 0-255. na osi poziomej możemy odczytać liczbę pikseli w każdym stopniu jasności lub częstość względna liczby pikseli (stosunek liczby pikseli danego stopnia jasności do liczby wszystkich pikseli w obrazie).

W celu poprawienia jasności obrazu można zmienić wartość w poszczególnych pikselach a pewną stałą wartość i co możemy zapisać za pomocą wzoru:

g`=g+a

gdzie:

g`- nowa wartość jasności pikseli (w obrazie wtórnym)

g- wartość oryginalnej jasności (obraz pierwotny)

a- wielkość stała

Obrazy kontrastowe charakteryzują się dużą rozpiętością wartości jasności, dzięki czemu odbieramy je jako czytelne, bogate w szczegóły.

Wzmocnienie kontrastu

Kontrast obrazu zmieniamy poprzez przeliczenie oryginalnych wartości jasności na wartości nowe, znajdujące się w innym przedziale lub ….

Operacja ta nazywana jest także przedłużeniem kontrastu lub rozciągnięciem histogramu.

WYKŁAD X (28.04.2010r)

Obrazy cyfrowe cd.

Progowanie i kwantowanie

Progowanie i kwantowanie polegające na zmianie jasności, są zaliczane do operacji z tzw. algebry obrazowej lub w systemach GIS do działań na warstwach dany.

Operacja programowania polega na utworzeniu obrazu w którym występują wyłącznie 2 wartości - 0 lub 1.

Wartość 0 otrzymują te piksele, których jasność w obrazie pierwotnym jest mniejsza od obranej wartości progowej, natomiast wartość 1 jest przypisywana pikselom, których jasność przekracza wartość progową.

Progowanie może być stosowane jako prosta metoda klasyfikacji treści obrazów, najczęściej jednak występuje jako element bardziej złożonych operacji na obrazach.

Za pomocą progowania można np. sporządzić maskę służącą do rozdzielenia obrazu oryginalnego na 2 obrazy z których będzie zawierać inne zakresy jasności.

Zakresy te mogą odpowiadać obiektom ciemnym i jasnym, jak np. lasy- pola, morze- ląd.

Kwantowanie jest operacją podobną do progowania z tą jednak różnicą, że w nowym obrazie (wynikowym) występuje kilka poziomów jasności.

Może być stosowana także do wydzielonych z obrazu pikseli o określonych poziomach jasności, np. gdy chodzi o wyeliminowanie jakiegoś obiektu.

W ten sposób można też zredukować wpływ szumów.

Kwantowanie jest też bardzo przydatne przy przetwarzaniu warstw rastrowych w systemach informacji geograficznej (GIS) np. do tworzenia stref wartości określonych zjawisk (temp., wilgotność, stężenie zanieczyszczeń itp.) lub stref wysokości, na podstawie numerycznego modelu terenu.

FILTRACJA

Obrazy cyfrowe są poddawane filtracji w celu:

Stosowane w przetwarzaniu obrazów cyfrowych filtry są algorytmami za pomocą których dokonuje się zmiana wartości zapisanych w macierzu pikseli.

Wyróżnia się 2 rodzaje filtracji:

Filtracja w dziedzinie obrazu

Polega na zastosowaniu specjalnego okna, które przesuwane jest w obrazie pierwotnym wzdłuż wierszy- kolumna po kolumnie.

Na podstawie wszystkich (lub części) pikseli znajdujących się w oknie, obliczana jest wartość jasności tylko jednego piksela obrazu wynikowego.

Filtry górnoprzepustowe powodują że względnie małe jasności stają się jeszcze mniejsze, a duże zwiększają się.

Mówimy że zwiększa się częstotliwość przestrzenna (zwiększają się różnice wartości jasności między blisko położonymi pikselami).

Filtracja w dziedzinie częstotliwości

Znana jet również pod nazwą „analizy Fouriera” służy do oddzielenia zakłóceń (szumów) do właściwej informacji obrazowej.

Może być też wykorzystywana do wykrywanie periodyczności w zjawiskach zarejestrowanych w postaci szeregów czasowych.

Łączenie obrazów

Łączenie danych jest bardzo szeroką dziedziną działań praktycznych, w których występuje wiele typów danych, zakresów promieniowania, platform teledetekcyjnych, algorytmów matematycznych i zastosowań.

Łączenie obrazów jest tworzeniem kombinacji dwóch lub więcej różnych obrazów, przy użyciu określonego algorytmu w celu stworzenia nowego obrazu.

Korzyści wynikające z łączenia obrazów:

Kompozycje barwne obrazów teledetekcyjnych

Zarejestrowane przez platformę teledetekcyjną odpowiadają poszczególnym kanałom spektralnym. Obrazy cyfrowe są wyświetlane za pomocą skali szarości.

Operacja tworzenia kompozycji barwnych polega na transparentnym łączeniu obrazów rejestrowanych w pojedynczych kanałach.

Do tworzenia kompozycji barwnych mogą być wykorzystane np. 3 dowolnie wybrane kanały (obrazy).

Mogą to być:

WYKŁAD XI (05.05.2010r)

WYKŁAD XII (12.05.2010r)

Temat: Źródła danych przestrzennych.

Do najważniejszych źródeł danych zalicza się:

Modele danych przestrzennych:

Model rastrowy - świat jest przedstawiony jako powierzchnia składająca się z regularnej siatki komórek.

W modelu rastrowym każda komórka zawiera wartość reprezentującą przynależność do kategorii, wartość pomiarową lub zinterpretowaną.

Mapa rastrowa składa się z komórek rastrowych (pikseli).

Wielkość (rozmiar) komórki jest zdefiniowany.

Liczba wierszy i kolumn jest zdefiniowana.

Położenie rastra jest określone w danym układzie współrzędnych przez określenie położenia jednego z punktów rastra (boki komórki rastra są styczne do osi układu).

Cechy charakterystyczne:

Przykłady rastrów:

Raster - zalety:

Raster - wady:

Im rozdzielczość rastra jest większa tym bardziej szczegółowa jest mapa.

Rastry zawsze generalizują dane przestrzenne:

Dane rastrowe obejmują:

Gridy reprezentują dane pochodne, zinterpretowane, używane często do dalszych analiz i modelowania.

Mogą być tworzone na podstawie próbek punktowych jak np. powierzchnie przedstawiające zanieczyszczenia chemiczne gleb oraz w oparciu o klasyfikację obrazów jak np. grid pokrycia terenu.

Gridy mogą być:

Tabela atrybutów:

Mapa typu całkowitego może mieć tabelę atrybutów zwane VAT. Każda kategoria wartości komórek może mieć w takiej tabeli swój rekord, dzięki czemu wiadomo:

Jeśli w tworzonej mapie całkowitej znajduje się zbyt dużo .......... wartości - tabela atrybutów nie jest tworzona.

Mapy rastrowe typu rzeczywistego nie mają tabeli atrybutów.

Model wektorowy:

pozwala na określenie przestrzennej lokalizacji w sposób ciągły, nie dzieląc przestrzeni na dyskretne kwadraty.

Położenie obiektu jest zapisywane w formie współrzędnych płaskich lub geograficznych.

Podstawą koncepcji wektorowego modelu danych jest możliwość opisu obiektów geograficznych za pomocą:

WYKŁAD IX (19.05.2010r.)

Wektor - zalety:

- dokładnie określenie położenia, najlepszy model dla obiektów o jednoznacznie określonych granicach np. drogi

Wektor - wady:

Format danych wektorowych:

Prosty model wektorowy:

Gdzie: n - liczba wierzchołków.

Topologiczny model wektorowy - posiada zapis określający dokładnie położenie i geometrię obiektu - dzięki czemu wiadomo, które obiekty graniczą ze sobą, jakie są wspólne krawędzie w wielobokach, które punkty wyznaczają przebieg granicy.

Struktura warstwowa - przezroczysta folia, na której znajdują się tematyczne dane np.:

Temat: Numeryczny model terenu.

Numeryczny model terenu (NMT, DEM, DTM) - definiuje się jako numeryczną, dyskretną reprezentację powierzchni terenowej utworzonej poprzez zbiór odpowiednio wybranych punktów leżących na tej powierzchni oraz algorytmów interpolacyjnych umożliwiających jej odtworzenie w określonym obszarze.

Przy modelowaniu powierzchni można dodatkowo uwzględnić:

Dane do stworzenia numerycznego modelu terenu uzyskiwane są przede wszystkim z trzech źródeł:

Bezpośrednie pomiary terenowe - charakteryzują się wysoką dokładnością, a punkty wysokościowe (pikiety) w łatwy sposób są wprowadzane do systemów informacyjnych (np. bezpośrednio z przyrządów rejestrujących). Pomiary te są jednak pracochłonne, kosztowne i obejmują najczęściej niewielkie fragmenty powierzchni. Na ich podstawie otrzymuje się model nieregularny.

Pomiary fotogrametryczne - za pomocą instrumentów fotogrametrycznych lub zaawansowanych programów komputerowych możliwe jest automatyczne pozyskiwanie wysokości na zbudowanym modelu. Najczęściej wysokości są pozyskiwane na siatce prostokątów lub kwadratów. Ponieważ w ten sposób pozyskiwane wysokości nie oddają w pełni złożoności form terenowych. Można zastosować automatyczne zagęszczenie siatki przy dużych zmianach wysokości. Przy interwencji operatora możliwe jest pozyskiwanie linii strukturalnych.

Digitalizacja map (skanowanie) - dane uzyskuje się poprzez digitalizację poziomic, która ma zawsze charakter próbkowania, stąd dane te obarczone są większymi błędami niż w przypadku pomiarów terenowych czy fotogrametrycznych. Dodatkowo NMT obarczony jest błędami określenia i odczytywania wysokości.

Numeryczny model rzeźby terenu może być wykorzystywany do:

ĆWICZENIA

KOLOKWIUM I

ĆWICZENIA I (15.02.2010)

GIS- system Informacji Geograficznej (przestrzennej).

Teledetekcja- badania działań, zjawisk na odległość.

Teledetekcja i fotogrametria to dział nauk technicznych zajmujących się pozyskiwaniem informacji o obiektach fizycznych i ich otoczeniu drogą rejestracji, pomiaru i interpretacji obrazów lub ich reprezentacji.

W teledetekcji nośnikiem informacji o obiektach jest promieniowanie elektromagnetyczne.

Promieniowanie można opisać jako:

Fala elektromagnetyczna to rozchodzące się w przestrzeni i w czasie spójna zmiana pola elektrycznego i magnetycznego.

Każdej fali można przyporządkować:

Wielkości te są ze sobą powiązane zależnością określającą prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej (która w próżni jest wielkością stałą).

c= λ x ν

Prędkość fali elektromagnetycznej w próżni c=300 000km/h (299792458 m/s)

innym sposobem opisu promieniowania elektromagnetycznego jest traktowanie go jako strumień cząsteczek- fotonów pozbawionych masy spoczynkowej, ale niosących określoną energię E

E= h x ν

gdzie:

ν - częstotliwość

h- stała Plancka (6,626 x 10-34Jxs)

ĆWICZENIA II (22.02.2010)

Promieniowanie:

~niebieskie 400-500

~zielona 500-600

~czerwona 600-700

~bliska podczerwień 700nm- 1,5μm

~środkowa i daleka 1,5μm-1cm

W wyniku oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego na dowolny ośrodek mogą wystąpić następujące zjawiska:

źródła promieniowania elektromagnetycznego:

W teledetekcji wykorzystywany jest najdłuższy zakres promieniowania ultrafioletowego, widzialnego, wybrane zakresy promieniowania podczerwonego, wybrane zakresy promieniowania radarowego.

Zakres oraz rodzaj oddziaływania energii jest uzależniony od długości fali promieniowania oraz od atomowej, molekularnej i krystalicznej struktury ośrodka (budowy ośrodka).

Ilość energii promieniowania jaka jest wysyłana na różnych długościach fali i dociera do detektora odbita od danego ośrodka określa klucz spektralny w postaci krzywej spektralnej, który dla roślin jest takie samo jak linie papilarne u człowieka.

Promieniowanie podczerwone:

760-1500nm- bliska podczerwień (p. fotograficzna)

1,5-10μm- podczerwień środkowa

10-1000μm- podczerwień daleka

Promieniowanie podczerwone w atmosferze może ulec:

Pochłaniane promieniowanie podczerwone w atmosferze zależy od:

Największy wpływ w pochłanianym promieniowaniu IR w atmosferze ma:

Rozproszone promieniowanie IR podczas przejścia przez atmosferę zachodzi głównie na skutek zwiększonych w atmosferze cząsteczek stałych- pyły i dymy oraz kropel wody powstałych w wyniku kondensacji.

ĆWICZENIA III (01.03.2010)

W teledetekcji wykorzystuje się głównie dwie cechy fotografii w podczerwieni:

  1. odmienny ton (barwa) w którym oddana jest roślinność oraz powierzchnie wody

  2. większa zdolność przenikania promieni podczerwonych przez mgiełkę atmosferyczną

0x08 graphic

Jasny ton liścia w bliskiej podczerwieni wynika z faktu, że chlorofil dla tego zakresu promieniowania jest przezroczysty a rozproszenie i odbicie promieniowania zachodzi w miękiszu gąbczastym (duża ilość powietrza w przestrzeniach międzykomórkowych miękiszu)

Barwniki naturalne (chlorofil, karoten, ksantofil) są przezroczyste dla podczerwieni stąd kwiaty, owoce, trawa, liście (w stanie świeżym i wysuszonym) są jasne. Wyjątkiem są drzewa iglaste, których igły odfotografowują się na zdjęciach w podczerwieni w tonach znacznie ciemniejszych. Spowodowane jest to odmienną budową igieł.

Woda

Na zdjęciach wykonanych w zakresie widzialnym woda ma różne odcienie szarości, uzależnione od:

Czynniki te wpływają na stopień absorpcji rozproszenia i odbicia promieni w zakresie światła widzialnego.

Na zdjęciach w podczerwieni ton wody jest zupełnie czarny co wynika z całkowitej absorpcji promieniowania podczerwonego przez wodę.

Wiele elementów środowiska przyrodniczego wykazuje znacznie większe odbicie promieniowania podczerwonego niż widzialnego.

Te cechy wykazuje wiele skał zwłaszcza osadowych, magmowych a także gleby.

Zróżnicowanie odbicia promieniowania podczerwonego przez różne skały lub gleby jest znacznie większe niż w przypadku widma widzialnego. Oznacza to wyraźniejsze zróżnicowanie tonalne obiektów w podczerwieni niż w zakresie widzialnym.

W teledetekcji wykorzystuje się oprócz filmów czarno- białych również barwne reagujące na podczerwień.

Film taki nosi nazwę spektrosterfowego lub fałszywych kolorów. Film ten znalazł zastosowanie przede wszystkim w badaniach szaty roślinnej. Różnice odbicia promieniowania elektromagnetycznego przez drzewa iglaste i liściaste powoduje wyraźne zmiany barwy ich obrazu na takich filmach. Obraz drzew liściastych na filmie spektrostrefowym mają barwę czerwoną, purpurową, pomarańczową z różnymi odcieniami., a drzewa iglaste są zielone lub niebiesko- purpurowe zależnie od rodzaju filmu.

Promieniowanie ultrafioletowe

podział:

Głównym źródłem promieniowania UV jest słońce, jednak promieniowanie to ulega w dużym stopniu absorpcji i rozproszeniu w atmosferze ziemskiej.

W badaniach teledetekcyjnych wykorzystuje się głównie promieniowanie o długości 280-400nm. Jest on rejestrowany przede wszystkim fotograficznie.

Obrazy otrzymywane w nadfiolecie nie wykazują większych różnic w porównaniu ze zdjęciami fotograficznymi wykonanymi w zakresie widma widzialnego.

Promieniowanie mikrofalowe

Mało wrażliwy na warunki pogodowe takie jak zachmurzenie, mgła, opady co pozwala wykorzystywać w różnych porach doby niezależnie od warunków pogodowych.

Zróżnicowanie emisji promieniowania mikrofalowego przez różne obiekty jest znacznie większa niż w przypadku innych długości fali.

Stwarza to większą możliwość różnicowania dwóch obiektów, nawet jeśli ich temperatura jest identyczna.

Mikrofale mogą być emitowane przez podpowierzchniowe warstwy obiektu, co pozwala sądzić o jego budowie wewnętrznej.

ĆWICZENIA IV (08.03.2010)

Fotografia w teledetekcji

Skład barw:

Podstawowe barwy:

Tworzenie barw:

0x08 graphic

W oparciu o metodę addytywną tworzenie barw RGB pracują monitory i wszelkiego rodzaju wyświetlacze emitujące wiązki światła R,G,B. Czarny ekran to także wynik braku emisji, a biały to wynik złożenia R,G,B.

0x08 graphic
W naturze barwy powstają przez odejmowanie barw metodą substrarywną. W metodzie tej następują takie odejmowania, składowanych świateł barwnych od światła białego lub od światła o innej barwie, aby otrzymać barwy podstawowe.

W praktyce „odejmowanie” kolorów może polegać na oglądaniu świecącego na białym światłem ekranu przez filtr pochłaniający zakres niebieski. Stwierdzamy że filtr ten ma kolor żółty.

Synteza substytywna zachodzi np. przy mieszaniu farb o różnych barwach, w miejscu pokrytym (pomalowanym, zadrukowanym, zabarwionym), farba powstała ze zmieszania farb o różnych barwach oko ludzkie widzi odbity strumień światła będący tą częścią światła białego, która zostanie po pochłonięciu wszystkich składników barwnych przez poszczególne farb wchodzące w skład mieszanki.

CMYK jest metodą tworzenia, w której kolory powstają w wyniku odbicia światła.

Materiały czarno- białe:

Film barwny opiera się na idei substratywnej metody mieszania barw.

Wady obrazów fotograficznych:

Zdjęcia jako rzut środkowy.

Położenia środka rzutów (s) względem płaszczyzny rzutów (Π?) wyznaczają dwa elementy:

Promień przechodzący przez punkt główny i ośrodek rzutów to promień główny (oś optyczna kamery).

Ortofotomapa- zdjęcie przetworzone, pozbawione zniekształceń wywołanych deniwelacją terenu i nachyleniem zdjęcia.

ĆWICZENIE V (15.03.2010)

Zdjęcia lotnicze

Rodzaje zdjęć lotniczych według kąta nachylenia kamery:

  1. pionowe- oś kamery zajmuje położenie pionowe lub prawie pionowe (oś kamery nie przekracza 3o). można z nich robić mapy na których można dokonywać obliczeń. Mają najmniejszy zasięg terytorialny ale i najmniejsze zniekształcenie.

  2. nachylone- oś kamery odchylona od pionu o więcej niż 3o. Są to obszary większe niż w pionowym, wykorzystuje się je do celów interpretacyjnych (nie nadaje się do pomiarów)

  3. ukośne- widać na tych zdjęciach linie horyzontu (fragment nieba)

Wykonywanie zdjęć lotniczych.

W zależności od przeznaczenia zdjęcia i zasięgu i kształtu fotografowanego terenu wykonuje się:

  1. zdjęcia pojedyncze- wykonuje się wówczas gdy obiekty zlokalizowane są na niewielkim obszarze lub występują w odległościach znacznie większych niż wielkość bazy fotografowania szeregowego.

Przedmiotem pojedynczych zdjęć mogą być:

- mosty

- niewielkie obiekty przemysłowe

- miejsca katastrof

- niewielkie obiekty archeologiczne

- inne obiekty określone jak punkt

  1. szeregowe zdjęcia- znajdują zastosowanie wtedy gdy obiekt fotograficzny wykracza granicami poza zasięg pojedynczego zdjęcia w określonej skali lub gdy jest konieczne uzyskanie modelu stereoskopowego.

Odstęp czasu pomiędzy kolejnymi ekspozycjami określa się tak, aby kolejne zdjęcie pokrywało część powierzchni obfotografowanej na zdjęciu poprzednim.

Stosunek powierzchni dwukrotnie obfotografowanej do powierzchni pojedynczego zdjęcia nazywamy pokryciem podłużnym zdjęcia lotniczego (lub pokrycia w szeregu).

Wynosi ok. 60% - pokrycia, dzięki temu eliminuje się zniekształcenia i otrzymuje model stereoskopowy.

  1. zespoły zdjęć- wykonuje się w przypadku fotografowania większych obszarów. Składa się z co najmniej dwóch szeregów równoległych, o wzajemnym pokryciu- nazywamy pokryciem poprzecznym (lub w zespole).

Wielkość pokrycia wynosi 20-30%.

wykonywanie zespołu zdjęć jest przedsięwzięciem dość złożonym i dlatego musi być poprzedzone pracami przygotowawczymi sporządzeniem projektu technicznego nalotu.

Część analityczna projektu technicznego nalotu zawiera obliczenia dotyczące:

Zdjęcia i ich produkty pochodne znajdują zastosowanie między innymi w:

Na podstawie zdjęć lotniczych można:

Zdjęcia lotnicze dla Polski:

Elementy ramki tłowej:

ĆWICZENIE VI (22.03.2010)

Interpretacja obrazów teledetekcyjnych

Interpretacja polega na rozpoznaniu, czyli odczytywaniu i wykrywaniu na obrazach nie tylko poszczególnych obiektów, ale również współzależności pomiędzy elementami krajobrazu i właściwości tych obiektów, które nie odfotografowały się bezpośrednio na zdjęciu.

Każde zobrazowanie teledetekcyjne zawiera pewien zakres informacji o zarejestrowanym obszarze.

Na obrazie lotniczym lub satelitarnym można odczytać cechy badanego obiektu, a niejednokrotnie wykryć cechy i właściwości, których zauważenie innym sposobem byłoby trudne lub wręcz nie możliwe.

Ze względu na stosowane metody wyróżnia się interpretacje:

w procesach interpretacji obrazów teledetekcyjnych można wyróżnić następujące etapy:

cechy rozpoznawcze:

  1. bezpośredniego- to elementarne, łatwo dostrzegalne przez obserwatora właściwości obiektów, bezpośrednio obfotografowanych na zdjęciu. Należą do nich:

- ton- to zdolności odbicia światła przez dany obiekt, jego oświetlenia, pory dnia, pory roku. A także od stopnia światłoczułości i rodzaju materiału oraz obróbki laboratoryjnej. Ton obrazu może być różny na dwóch zdjęciach tego samego obiektu.

- barwa- jest czynnikiem w dużym stopniu ułatwiającym rozpoznanie i identyfikacje obiektów

- wielkość- obrazu, przedmiotu zależy przede wszystkim od skali zdjęcia, natomiast jego odwzorowanie na zdjęciu zależy od zdolności rozdzielczej materiału światłoczułego i obiektywu kamery. Podczas interpretacji dąży się do znalezienia takich przedmiotów których wymiary byłby znane (np. domy, drzewa). Za pomocą takich wzorców można wielkość poszczególnych obiektów odczytać prawidłowo.

- kształt- na jego podstawie stwierdza się istnienie danego obiektu, szybkość i wiarygodność rozpoznania kształtu obiektu, są uzależnione od jego kontrastu z tłem i od samego kształtu. Niekiedy należy uwzględnić zniekształcenia obiektów wywołane rzutem środkowym. Kształt obiektów może być związany z jego genezą. Obiekty wytworzone przez człowieka często mają kształt zbliżony do figury geometrycznej, natomiast obiekty naturalne mają kształt nieregularny. Kształt umożliwia również interpretacje właściwości obiektów np. kierunku płynięcia rzeki, można ustalić na podstawie kształtu wyspy, gdyż z ich ostre końce wykazują kierunek prądu lub na podstawie dopływów, które wpadają do rzeki, odchylając się zgodnie z kierunkiem jej nurtu.

- cień- nadaje plastykę danemu obiektowi. Cień własny pokrywa nie oświetloną promieniami słonecznymi części obiektów. Podkreśla on trójwymiarowość obiektu. Cienie rzucane powstają na powierzchni terenu lub na innych obiektach. Odtwarzają one kształt obiektów i stwarzają że zdjęcia są bardziej plastyczne. Długości cienia ulegają zmianom związanym z wysokością słońca nad horyzontem i co należy uwzględniać przy odczycie wielkości obiektów.

-struktura- określa się ją jako gładką, drobnoziarnistą lub gruboziarnistą

- tekstura- przedstawia przestrzenne ułożenie poszczególnych elementów obrazu w określony wzór, rysunek czy odcień. Można wyróżnić teksturę:

* mozaikową- pola uprawne

* plamistą- gleba o różnym stopniu uwilgotnienia

* rowkową- obraz roślin okopowych

* barankową- lasy liściaste

  1. pośrednie- wskazują za pomocą jednych obiektów i ich właściwości na obecność innych obiektów

  2. kompleksowe- są połączeniem pośrednich i bezpośrednich

KOLOKWIUM II

ĆWICZENIA VII


Wyszukiwarka